二维碳狄拉克材料的预测及其力学相变研究
发布时间：2021-07-12 18:00
由于碳原子最外层有四个价电子,它们之间可以形成包含sp,sp2和sp3杂化模式的各种化学键。因此可以形成不同尺寸,不同性质的同素异形体。随着石墨烯在实验上的成功合成,人们打开了碳的二维结构研究的大门。二维碳纳米材料由于其丰富独特的物理性质在各个领域上都具有很大的应用。对于下一代基于碳的纳米电子学,人们迫切需要探寻各种易于合成的具有奇异特性的二维碳同素异形体。基于第一性原理计算,本文以炔链和对二甲苯的碳骨架为基本单元,设计得到了一个新的二维狄拉克半金属——palgraphyne。我们的计算表明palgraphyne不仅在动力学,热力学（1000K）和机械力学上具有良好的稳定性,并且其能量稳定性比最近实验合成的β-graphdiyne还要好。由于其特殊的碳原子结构框架,palgraphyne力学上,展现着很强的力学各向异性,其杨氏模量最大值与最小值的比达3.29。由于结构和力学各向异性,palgraphyne的电子输运性质也表现出各向异性,其扭曲的狄拉克锥在不同的k方向具有不同大小。有趣的是,palgraphyne的费米速度最高值达到8.89×1...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同维度的碳的同素异构体
内蒙古大学硕士学位论文2BPC[28]和QPHT-graphene[21]），其所有原子通过sp2杂化连接。第二种类型是类似于graphyne的同素异形体（例如δ-[38]，α-[39]，β-graphyne[39]，6,6,12-graphyne[39]和cp-graphyne[40]），结构中除sp2杂化的C原子之外还有sp杂化的C原子。第三种是多层准2D结构（例如，penta-graphene[23]和ph-graphene[36]），它们同时具有sp3杂化的四配位C原子和sp2杂化的C原子。此外，不同的2D碳同素异形体在许多领域中具有广阔的应用前景。例如，金属ψ-graphene已被证明是一种可以应用于锂离子电池的新型阳极材料[10]。具有窄直接带隙的半导体graphenylene在电子设备和有效氢分离应用中有广泛的应用[25]。ph-graphene是一种超软的狄拉克半金属，被认为是柔性电子应用的理想选择[36]；thefusedpentagonnetwork是由紧密的五边形环和大的十二边形孔组成的金属，其电子结构在费米能级处具有平坦色散带，从而导致薄片上的自旋极化，极化的电子自旋是铁磁有序的，并以0.62μB/nm2的磁矩分布在整个薄片中[26]。但是，与3D碳同素异形体相比，由于sp2和sp杂化方式的势能表面比包含纯sp3杂化更为简单，因此2D碳同素异形体仍然很少。此外，到目前为止，实验上仅合成了很少的2D碳同素异形体[3,41,42]。寻找化学上稳定且易于获得的二维碳同素异形体已成为凝聚态物理领域的热门话题。图1.2二维碳的同素异构体。FIG1.2Two-dimensionalcarbonallotropes.
鼍哂兴?依?俗兜慕谙甙虢鹗簦?捎糜诟咚俚缱由璞?[45]。实际上，形成狄拉克状态的条件是非常严格的。根据冯·诺伊曼–维格纳定理[46]，为了获得Dirac材料，至少需要三个条件：（1）对称性。结构中对称操作后，k点应保持不变，对称性太低或太高都是不利的；（2）参数——结构需要合适的参数；（3）费米能级和谱带重叠。费米能级应位于狄拉克点上，除狄拉克点在费米能级上重叠外，不应有其他谱带。目前，二维狄拉克材料非常稀少[46]，因此找到具有令人满意的稳定性并且具有出色性能的新型2D狄拉克半金属是非常有意义的。图1.4狄拉克费米子的应用。[43]FIG1.4ApplicationofDiracFermion.[43]
【参考文献】：
期刊论文
[1]The rare two-dimensional materials with Dirac cones[J]. Jinying Wang,Shibin Deng,Zhongfan Liu,Zhirong Liu. National Science Review. 2015(01)
本文编号：3280389
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同维度的碳的同素异构体
内蒙古大学硕士学位论文2BPC[28]和QPHT-graphene[21]），其所有原子通过sp2杂化连接。第二种类型是类似于graphyne的同素异形体（例如δ-[38]，α-[39]，β-graphyne[39]，6,6,12-graphyne[39]和cp-graphyne[40]），结构中除sp2杂化的C原子之外还有sp杂化的C原子。第三种是多层准2D结构（例如，penta-graphene[23]和ph-graphene[36]），它们同时具有sp3杂化的四配位C原子和sp2杂化的C原子。此外，不同的2D碳同素异形体在许多领域中具有广阔的应用前景。例如，金属ψ-graphene已被证明是一种可以应用于锂离子电池的新型阳极材料[10]。具有窄直接带隙的半导体graphenylene在电子设备和有效氢分离应用中有广泛的应用[25]。ph-graphene是一种超软的狄拉克半金属，被认为是柔性电子应用的理想选择[36]；thefusedpentagonnetwork是由紧密的五边形环和大的十二边形孔组成的金属，其电子结构在费米能级处具有平坦色散带，从而导致薄片上的自旋极化，极化的电子自旋是铁磁有序的，并以0.62μB/nm2的磁矩分布在整个薄片中[26]。但是，与3D碳同素异形体相比，由于sp2和sp杂化方式的势能表面比包含纯sp3杂化更为简单，因此2D碳同素异形体仍然很少。此外，到目前为止，实验上仅合成了很少的2D碳同素异形体[3,41,42]。寻找化学上稳定且易于获得的二维碳同素异形体已成为凝聚态物理领域的热门话题。图1.2二维碳的同素异构体。FIG1.2Two-dimensionalcarbonallotropes.
鼍哂兴?依?俗兜慕谙甙虢鹗簦?捎糜诟咚俚缱由璞?[45]。实际上，形成狄拉克状态的条件是非常严格的。根据冯·诺伊曼–维格纳定理[46]，为了获得Dirac材料，至少需要三个条件：（1）对称性。结构中对称操作后，k点应保持不变，对称性太低或太高都是不利的；（2）参数——结构需要合适的参数；（3）费米能级和谱带重叠。费米能级应位于狄拉克点上，除狄拉克点在费米能级上重叠外，不应有其他谱带。目前，二维狄拉克材料非常稀少[46]，因此找到具有令人满意的稳定性并且具有出色性能的新型2D狄拉克半金属是非常有意义的。图1.4狄拉克费米子的应用。[43]FIG1.4ApplicationofDiracFermion.[43]
【参考文献】：
期刊论文
[1]The rare two-dimensional materials with Dirac cones[J]. Jinying Wang,Shibin Deng,Zhongfan Liu,Zhirong Liu. National Science Review. 2015(01)
本文编号：3280389
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